Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế howitzer nước cho nguồn 252cf và 241am be bằng chương trình MCNP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯƠNG TRƯỜNG SƠN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HOWITZER NƯỚC CHO NGUỒN 252Cf VÀ 241Am-Be BẰNG CHƯƠNG TRÌNH MCNP Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân lượng cao Mã số : 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học TS NGUYỄN VĂN HOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2010 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hồn thành luận văn, ngồi cố gắng thân, nhận nhiều quan tâm, hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình q thầy cơ, động viên gia đình bè bạn Xin cho phép tơi bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến: Thầy TS Nguyễn Văn Hoa, người Thầy hướng dẫn cho luận văn Không hướng mặt khoa học, thầy cịn ln động viên, giúp đỡ, chia sẻ khó khăn cho tơi suốt q trình thực luận văn Quý Thầy Cô Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh động viên tạo điều kiện tốt để tơi thực việc nghiên cứu khoa học phục vụ cho luận văn Thầy TS Nguyễn Văn Hùng, Giám đốc Trung tâm đào tạo – Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Đạt, tạo điều kiện thuận lợi nhiều để giúp đỡ cho đợt làm việc Trung tâm Đào tạo Mặc dù công việc quản lý Thầy bận Thầy dành thời gian để giúp đỡ cho lời khuyên bổ ích bước ngoặt lớn trình thực luận văn Một lần cho tơi nói lời tri ân sâu sắc đến q Thầy Cơ, người giúp tơi hồn thành luận văn Tp.Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 08 năm 2010 Trương Trường Sơn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt ACTL Tiếng Việt Thư viện kích hoạt từ Tiếng Anh ACTL Livemore ENDF FOM Thư viện số liệu hạt Evaluated Nuclear nhân ENDF Data File Thông số đánh giá độ tin cậy Figure Of Merit phương pháp Monte Carlo ITP MCNP NJOY Chương trình đào tạo giảng viên Mã định dạng thư viện số liệu hạt nhân MCNP NTC/KAERI NuTEC/JAEA Viện KHKTHN Hà Nội Viện KH-CN Viện NCHN 10 11 Trung tâm đào tạo/Viện nghiên cứu hạt nhân Hàn Quốc Trung tâm đào tạo/Viện nghiên cứu hạt nhân Nhật Bản Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân Hà Nội Viện Khoa học – Công nghệ Viện Nghiên cứu hạt nhân Instructor Training Program Monte-Carlo neutronphoton MỞ ĐẦU Trên giới, để phục vụ nghiên cứu đào tạo nguồn nhân lực lĩnh vực vật lý neutron vật lý lò phản ứng, Trường đại học (Đại học công nghệ Tokyo, Nhật Bản; Đại học MIT, Mỹ; Đại học Thanh Hoa, Bắc Kinh, Trung Quốc, v.v.), Trung tâm đào tạo thuộc Viện nghiên cứu (như NuTEC/JAEA, Nhật Bản; NTC/KAERI, Hàn Quốc, v.v.) có phịng thí nghiệm với đầy đủ trang thiết bị thực hành để để học viên tiến hành đo đạc đặc trưng vật lý neutron như: đo phổ thông lượng neutron, độ dài làm chậm khuếch tán neutron, kích hoạt mẫu nguồn neutron đồng vị, định liều neutron thực tính tốn mơ Ở NuTEC/JAEA, Nhật Bản có phịng thí nghiệm với đầy đủ trang thiết bị để nghiên cứu, họ tiến hành đo đạc thực nghiệm đặc trưng làm chậm khuyếch tán neutron môi trường graphite môi trường nước sử dụng nguồn neutron đồng vị 252Cf 241Am-Be Các kết công bố tài liệu [1], [2] Vừa qua (năm 2006-2009), số cán Viện NCHN Đà Lạt sang NuTEC/JAEA, Nhật Bản thực tập nghiên cứu phịng thí nghiệm theo Chương trình đào tạo giảng viên ITP (Instructor Training Program) Với phịng thí nghiệm, tùy theo thiết bị đo nguồn neutron sử dụng mà có tính tốn, thiết kế không gian làm việc phép đo đạc thực nghiệm khác nhằm phục vụ tốt công tác huấn luyện, đào tạo nghiên cứu cho đối tượng học viên khác (sinh viên, học viên cao học, thực tập sinh, v.v.) đảm bảo vấn đề an tồn xạ Các phịng thí nghiệm bắt buộc phải có sở đào tạo nhằm phát triển nguồn nhân lực lĩnh vực hạt nhân nói chung điện hạt nhân nói riêng Ở nước ta, có số sở nghiên cứu (như Viện KHKTHN Hà Nội, Viện Vật lý thuộc Viện KHCN Việt Nam) có số nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đặc trưng neutron cịn rời rạc, nhỏ lẻ, chưa có hẳn phịng thí nghiệm độc lập để phục vụ cơng tác huấn luyện đào tạo, mà thực số thí nghiệm đo thơng lượng neutron, phân tích kích hoạt neutron cho khóa luận tốt nghiệp hay thực tập học viên Viện NCHN Đà Lạt sở nghiên cứu có Lị phản ứng nghiên cứu IVV-9 với công suất danh định 500 kW phục vụ tốt cho công tác huấn luyện, đào tạo, giảng dạy nghiên cứu lĩnh vực vật lý hạt nhân thực nghiệm nói chung, đặc biệt lĩnh vực vật lý neutron vật lý lò phản ứng nói riêng Tuy nhiên, để chuẩn hóa cơng tác huấn luyện đào tạo lĩnh vực sở đào tạo nước ngoài, trước tiến hành thực nghiệm lò phản ứng, kênh ngang lò phản ứng, kênh khơ (kênh No 13-2, No 7-1) học viên cần phải thực thí nghiệm đo thông lượng phân bố thông lượng neutron, phân tích mẫu kích hoạt dùng nguồn neutron đồng vị, làm chậm khuếch tán neutron môi trường vật lý khác graphite, nước nhẹ, để có hiểu biết tốt đặc trưng neutron môi trường chất làm chậm, phương pháp phân tích kích hoạt neutron định liều neutron dùng nguồn đồng vị Vì việc xây dựng cấu hình Howitzer dùng nguồn neutron đồng vị Việt Nam nói chung Trung tâm đào tạo – Viên NCHN Đà Lạt nói riêng cần thiết Trong luận văn này, sử dụng chương trình MCNP để tính tốn mơ nhằm nghiên cứu thiết kế Howitzer nước cho nguồn đồng vị 252Cf 241Am-Be, bước đề tài cấp Bộ Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt để xây dựng cấu hình thực nghiệm Howitzer nước cho nguồn 252Cf 241Am-Be, phục phụ cho việc nghiên cứu giảng dạy vật lý hạt nhân nói chung vật lý neutron, vật lý lò phản ứng hạt nhân nói riêng Trung tâm Đào tạo thuộc Viên nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt Luận văn gồm chương: – Chương 1: Tổng quan lý thuyết: giới thiệu Howitzer, nguồn neutron, tương tác neutron với vật chất, chương trình MCNP – Chương 2: Phương pháp mơ Monte-Carlo chương trình MCNP: giới thiệu phương pháp mơ Monte-Carlo chương trình MCNP ứng dụng lĩnh vực hạt nhân – Chương 3: Tính tốn cấu hình cho Howitzer: Tính tốn, tối ưu cho cấu hình Howitzer đa chức năng: Xây dựng số liệu đầu vào tính chiều dài khếch tán, chiều dài làm chậm, theo khoảng cách khác nhau; Migration area; hoạt độ phóng xạ thùng nhơm Kết luận: + Đưa cấu hình Howitzer tối ưu kết luận + Hướng phát triển đề tài Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Howitzer dùng nguồn neutron đồng vị Howitzer dùng nguồn neutron đồng vị hệ thống chứa nguồn neutron đồng vị cho phép nghiên cứu phịng thí nghiệm đặc trưng neutron đo thông lượng phân bố thơng lượng neutron, phân tích mẫu kích hoạt dùng nguồn neutron đồng vị, làm chậm khuếch tán neutron môi trường vật lý khác graphite, nước nhẹ, để từ hiểu biết tốt đặc trưng neutron môi trường chất làm chậm, phương pháp phân tích kích hoạt neutron định liều neutron dùng nguồn đồng vị Cấu tạo gồm phận: - Thùng nhôm chứa nước tinh khiết graphite; - Hệ thống đế giữ thùng nhôm chứa nước nắp đậy; - Lớp bảo ôn bao thùng nhôm chứa nước; - Bộ lọc trao đổi ion hệ thống bơm nước tuần hoàn; - Cơ cấu giữ, di chuyển tháo lắp nguồn neutron 252Cf nguồn Am-Be; - Cấu hình giữ, di chuyển tháo lắp ống đếm neutron (3 He 3BF) thùng nhôm chứa nước; - Các ống dẫn (kênh ngang) thùng nhôm chứa nước để đặt dị mẫu dùng cho kích hoạt neutron; Hình 1.1: Một Howitzer neutron thực tế 1.2 Các nguồn neutron 1.2.1 Thu neutron phản ứng hạt nhân Do thời gian sống ngắn nên không gặp neutron tự nhiên mà phải tạo chúng Có thể thu neutron phản ứng khác với hạt nhân mà neutron liên kết yếu Trong phản ứng này, cần tạo hạt nhân trung gian có lượng kích thích tổng lượng liên kết động hạt tới hệ toạ độ khối tâm (hạt tới hạt , proton, đơtron lượng tử ) Nếu lượng kích thích lớn lượng liên kết “neutron cuối cùng” hạt nhân trung gian xác suất phát neutron đủ lớn Năng lượng lại trạng thái kích thích nằm dạng động neutron hạt nhân Hạt nhân sau neutron bay trạng thái kích thích sau lượng kích thích giải phóng cách phát xạ gamma Khả thu neutron phản ứng hay phản ứng khác xác định lượng liên kết neutron với hạt nhân Bảng 1.1: Năng lượng liên kết neutron cuối hạt nhân nhẹ Hạt Năng Hạt Năng Hạt Năng Hạt Năng nhân lượng nhân lượng liên nhân lượng liên nhân lượng liên liên kết, kết, MeV kết, MeV kết, MeV MeV H2 2,225 Be8 18,896 C12 18,720 O15 13,222 H3 6,258 Be9 1,665 C13 4,937 O16 15,669 He3 7,719 Be10 6,814 C14 8,176 O17 4,142 He4 20,577 B9 18,575 N13 20,326 O18 8,047 He5 - 0,956 B10 8,440 N14 10,553 F18 9,141 Li6 5,663 B11 11,456 N15 10,834 F19 10,442 Li7 7,253 C11 13,092 N16 2,500 F20 6,599 Li8 2,033 Năng lượng liên kết loại hạt nhân cấu tạo từ hạt  (He4, Be8, C12, O16) lớn Các hạt nhân bền vững (loại trừ Be8 không bền phân rã thành hạt ) Mặt khác, neutron bổ sung thêm vào hạt nhân lại liên kết yếu Đối với nguyên tố đứng sau ôxy quy luật rõ bằng; hạt nhân trung bình, lượng liên kết cỡ - 10 MeV, hạt nhân nặng lượng liên kết khoảng - MeV Theo quan điểm thu nhận neutron, hạt nhân nhẹ có ưu hàng rào coulomb phản ứng với hạt tích điện hạt nhân nhẹ thấp so với hạt nhân nặng 1.2.2 Các loại phản ứng khác Phản ứng (, n) tuân theo sơ đồ sau: A ZX + 2He4  Z+2XA+3 + n + Q Giá trị Q lớn (phản ứng toả lượng) nhỏ (phản ứng thu lượng) Năng lượng kích thích hạt nhân sau bắt hạt  vào khoảng 10 MeV; (xem bảng 1.1) phản ứng (, n) phản ứng toả nhiệt thu nhiệt Phản ứng (d, n): A ZX + 1H2  Z+1XA+1 + n + Q Do lượng liên kết đơtron nhỏ nên hạt nhân hợp phần tạo nên bắt đơtron bị kích thích mạnh; hầu hết phản ứng (d, n) thường phản ứng toả lượng Phản ứng (p, n): A ZX + 1H1  Z+1XA + n + Q Trong trường hợp phản ứng (p, n), hạt nhân Z+1XA tạo nên từ hạt nhân ZXA giống hạt nhân kết trình phân rã  hạt nhân ZXA Chúng ta biết phân rã  lượng cực đại hạt  E Đối với đại lượng Q trường hợp phản ứng (p, n) có hệ thức: Q = E  - Qn (1.1) với Qn = 0,782 MeVlà giá trị Q phân rã  neutron Triti chất phóng xạ  lượng cực đại hạt  18 keV nên Q = 18 keV - 782 keV = - 764 keV Tất phản ứng (p, n) phản ứng thu lượng Phản ứng (, n) (quang phản ứng): A ZX +   ZXA- + n + Q 1.2.3 Tính tốn cơng suất nguồn neutron Có thể sử dụng giá trị tiết diện để tính cường độ nguồn neutron Nếu dòng J (cm-2.s-1) proton, đơtron hạt  vào bia chứa N nguyên tử loại cm3 số neutron dQ sinh 1s lớp chiều dày dx với diện tích cm2 là: dQ = J..N.dx (1.2)  (barn) tiết diện phản ứng hạt nhân sinh neutron Để xác định độ tồn phần cần tích phân phương trình (1.2) Khi cần hiểu tiết diện phản ứng phụ thuộc mạnh vào loại hạt tới Ngồi ra, hạt tới cịn bị làm chậm nhanh tương tác với trường Coulomb electron vật chất bia (độ dài quãng chạy tổng cộng thường vào cỡ  m ) Quá trình làm chậm hạt tích điện vật chất đặc trưng khả làm chậm là: dE/dx (eV.cm-1), khả phụ thuộc lượng hạt tới Đối với độ dài quãng chạy R hạt với lượng E0 truyền qua vật chất, có hệ thức sau: E0 R=  dE / dx dE (1.3) Theo hệ thức (1.2) (1.3), công suất toàn phần nguồn neutron cm2 bề mặt bia dầy chiếu hạt nặng tích điện với lượng E0 bằng: E0 Q = J.N  E dE dE / dx (1.4) Nếu đưa vào đại lượng độ  = Q/J tức số neutron tính hạt sơ cấp ta viết: E0  = N  ( E ) dE dE / dx Như để tính độ nguồn neutron cần thiết phải biết không tiết diện phản ứng thu neutron mà khả làm chậm vật chất bia (thông thường người ta sử dụng tiết diện nguyên dE tử làm chậm  = dx N (eV.cm2) thay cho khả làm chậm  = E0  E dE ) Nếu tiết diện   phụ thuộc yếu vào lượng đưa khỏi dấu tích phân ta thu được: E0  = N  dE R = NR =  dE / dx (1.5)  độ dài quãng chạy tự trung bình hạt sơ cấp trước có va chạm hạt nhân Khi lựa chọn giá trị , sử dụng hệ thức (1.5) để đánh giá độ tiết diện phản ứng phụ thuộc nhiều vào lượng Để thu neutron đơn năng, người ta thường sử dụng bia mỏng tức bia mà hao hụt lượng hạt sơ cấp nhỏ Nếu E - “độ dày” bia thì: E0  = N  E  E 1.2.4 Các nguồn (, n) (E )E (E) dE  N dE / dx (dE / dx ) E (1.6) 1.2.4.1 Nguồn Ra – Be Có thể thu nguồn neutron có cơng suất lớn ổn định theo thời gian phản ứng Be9(, n)C12 sử dụng đồng vị Ra tự nhiên chất phóng xạ  có hoạt độ cao Nguồn neutron thường coi nguồn chuẩn Nhược điểm nguồn Ra - Be phát xạ gamma mạnh tạo thăng giáng lượng neutron Trên hình 1.2 chuỗi biến đổi phóng xạ Ra gam 3,7.1010 s-1 (1 Ci) Hình 1.2: Sơ đồ phân rã Rađi Bảng 1.2: Các đặc trưng nguồn Ra - Be Năng Độ  Năng lượng Năng Độ  Năng lượng lượng phản ứng lượng phản ứng MeV phân rã  Be9(, n)Be8 MeV phân rã  Be9(, n)Be8 Ra keV Ra keV 1,690 0,0224 21 2,090 0,022 377 1,761 0,143 84 2,200 0,059 475 1,820 0,024 137 2,420 0,025 670 1.2.4.2 Các nguồn neutron loại (, n) khác 226 88Ra phát PHỤ LỤC -file name=source; c c cell card 1 1.535970e-01 -2 -100 imp:n=1 8.540280e-02 -4 -101 (100:-1:2) imp:n=1 c 4.942500e-02 -6 -101 c 6.018718e-02 -6 -102 (101:-3:6) 1.001310e-01 imp:n=1 imp:n=1 -6 -103 (101:-7:4) #40 #50 #51 #52 #53 #54 #55 #56 #57 #58 #59 #60 #61 #62 #63 #64 #65 #66 #67 #68 #69 #70 #71 #72 imp:n=1 4.942500e-02 -8 -103 6.018718e-02 -10 -104 (103:-7:8) (-9:10:104) imp:n=1 imp:n=1 imp:n=0 c c 40 1.001310e-01 202 -203 204 -205 200 -201 imp:n=1 50 1.001310e-01 202 -203 204 -205 250 -251 imp:n=2 51 1.001310e-01 202 -203 204 -205 252 -253 imp:n=4 52 1.001310e-01 202 -203 204 -205 254 -255 imp:n=8 53 1.001310e-01 202 -203 204 -205 256 -257 imp:n=16 54 1.001310e-01 202 -203 204 -205 258 -259 imp:n=32 55 1.001310e-01 202 -203 204 -205 260 -261 imp:n=64 56 1.001310e-01 202 -203 204 -205 262 -263 imp:n=128 57 1.001310e-01 202 -203 204 -205 264 -265 imp:n=256 58 1.001310e-01 202 -203 204 -205 266 -267 imp:n=512 59 1.001310e-01 202 -203 204 -205 268 -269 imp:n=1024 60 1.001310e-01 202 -203 204 -205 270 -271 imp:n=2048 c 61 1.001310e-01 202 -203 204 -205 272 -273 imp:n=4096 62 1.001310e-01 202 -203 204 -205 274 -275 imp:n=8192 63 1.001310e-01 202 -203 204 -205 276 -277 imp:n=16384 64 1.001310e-01 202 -203 204 -205 278 -279 imp:n=32768 65 1.001310e-01 202 -203 204 -205 280 -281 imp:n=65536 66 1.001310e-01 202 -203 204 -205 282 -283 imp:n=131072 67 1.001310e-01 202 -203 204 -205 284 -285 imp:n=262144 68 1.001310e-01 202 -203 204 -205 286 -287 imp:n=524288 69 1.001310e-01 202 -203 204 -205 288 -289 imp:n=1048576 70 1.001310e-01 202 -203 204 -205 290 -291 imp:n=2097152 71 1.001310e-01 202 -203 204 -205 292 -293 imp:n=4194304 72 1.001310e-01 202 -203 204 -205 294 -295 imp:n=8388608 c surface cards (origin x=0.0 y=0.0 z=0.0) c cylinder pz -59.73 pz -59.27 c pz -59.00 pz -59.00 c pz pz -0.52 60.00 pz -60.00 pz 80.00 pz -60.30 10 pz 80.01 100 cz 0.23 101 cz 0.36 c 102 cz 0.38 103 cz 60.00 104 cz 60.30 c c theo ban kinh 52 py -0.5 53 py 0.5 c c theo chieu cao (ben tren) 200 pz -57.77 201 pz -56.77 202 px -0.5 203 px 0.5 204 py -0.5 205 py 0.5 c theo chieu cao (ben duoi) 250 pz -54.77 251 pz -53.77 252 pz -49.77 253 pz -48.77 254 pz -44.77 255 pz -43.77 256 pz -39.77 257 pz -38.77 258 pz -34.77 259 pz -33.77 260 pz -29.77 261 pz -28.77 262 pz -24.77 263 pz -23.77 264 pz -19.77 265 pz -18.77 266 pz -14.77 267 pz -13.77 268 pz -09.77 269 pz -08.77 270 pz -04.77 271 pz -03.77 272 pz 00.77 273 pz 01.77 274 pz 05.77 275 pz 06.77 276 pz 10.77 277 pz 11.77 278 pz 15.77 279 pz 16.77 280 pz 20.77 281 pz 21.77 282 pz 25.77 283 pz 26.77 284 pz 30.77 285 pz 31.77 286 pz 35.77 287 pz 36.77 288 pz 40.77 289 pz 41.77 290 pz 45.77 291 pz 46.77 292 pz 50.77 293 pz 51.77 294 pz 55.77 295 pz 56.77 c data cards c mode n c c material cards c c material cards $ transport neutrons only m1 4009.60c 8.04826E-01 $ -1.85 95241.60c 1.95174E-01 $ -12.00 c 98249.60c 4.8580E-07 c 98250.60c 5.7757E-05 c 98251.60c 9.6335E-08 c 98252.60c 3.607280e-02 c c Aluminum 7.93g/cm3 core tank c m2 13027.60c 5.91015e-2 14000.60c 5.49973e-4 12000.60c 4.51430e-4 26054.60c 3.40490e-6 26056.60c 5.36243e-5 26057.60c 1.28123e-6 26058.60c 1.93062e-7 29063.60c 1.76797e-5 29065.60c 7.90968e-6 5010.60c 3.57247e-8 5011.60c 1.44735e-7 c c Water c H2O N = 1.001310e-01 rho = 0.99823 (20 C) m3 1001.60c 6.67540e-2 8016.60c 3.33770e-2 mt3 lwtr.01t c c Air m4 7014.60c 3.9016E-05 8016.60c 1.0409E-05 c c Stainless Steel $ 8.540280e-2 c m5 26054.60c 3.47384e-3 26056.60c 5.47100e-2 26057.60c 1.30717e-3 26058.60c 1.96970e-4 28058.60c 5.46539e-3 28060.60c 2.11317e-3 28061.60c 9.58700e-5 28062.60c 2.94861e-4 28064.60c 8.70080e-5 24050.60c 7.05444e-4 24052.60c 1.37095e-2 24053.60c 1.56311e-3 24054.60c 3.89549e-4 25055.60c 1.29090e-3 5010.60c 6.01801E-09 c c criticality cards c c kcode 6000 500.0 25 225 2000 c ksrc 0.00 0.00 0.00 phys:n 10 sdef pos=0 -59.50 cel=1 par=1 erg=d1 c si1 h 2.0 2.7 3.0 3.3 3.6 4.0 4.3 4.7 5.0 5.3 5.7 6.0 6.3 6.7 7.0 7.3 7.7 8.0 8.3 8.7 9.0 9.3 9.7 10.0 sp1 d 11 13 10 07 075 04 06 064 04 03 025 027 03 04 047 055 025 01 007 006 004 003 001 c c prdmp j -100 c f4:n 40 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 mplot tally tfc m freq 1000 c fm4 2.2e+6 $ mCi c e4 6.25e-7 8.21e-1 10.0 c print dbcn 89038185 c nps 50000000 ctme 15 PHỤ LỤC Kết từ file output cell 10 energy 6.2500E-07 3.86135E-03 0.0018 8.2100E-01 1.41340E-03 0.0025 1.0000E+01 2.13932E-03 0.0020 total 7.41407E-03 0.0013 cell 11 energy 6.2500E-07 2.64861E-03 0.0022 8.2100E-01 7.67949E-04 0.0034 1.0000E+01 9.16257E-04 0.0034 total 4.33281E-03 0.0017 cell 12 energy 6.2500E-07 1.73548E-03 0.0027 8.2100E-01 4.36116E-04 0.0044 1.0000E+01 4.51890E-04 0.0052 total 2.62348E-03 0.0022 cell 13 energy 6.2500E-07 6.98774E-04 0.0041 8.2100E-01 1.55737E-04 0.0073 1.0000E+01 1.42615E-04 0.0088 total 9.97126E-04 0.0034 cell 14 energy 6.2500E-07 2.83865E-04 0.0064 8.2100E-01 5.99705E-05 0.0117 1.0000E+01 5.05022E-05 0.0145 total 3.94338E-04 0.0054 cell 15 energy 6.2500E-07 1.18616E-04 0.0101 8.2100E-01 2.36944E-05 0.0185 1.0000E+01 1.85859E-05 0.0234 total 1.60896E-04 0.0085 cell 16 energy 6.2500E-07 4.81330E-05 0.0153 8.2100E-01 9.52969E-06 0.0290 1.0000E+01 7.50028E-06 0.0354 total 6.51630E-05 0.0130 cell 17 energy 6.2500E-07 2.09270E-05 0.0240 8.2100E-01 4.09384E-06 0.0444 1.0000E+01 3.28397E-06 0.0552 total 2.83048E-05 0.0204 cell 18 energy 6.2500E-07 9.12460E-06 0.0345 8.2100E-01 1.85492E-06 0.0654 1.0000E+01 1.37817E-06 0.0783 total 1.23577E-05 0.0294 cell 19 energy 6.2500E-07 3.94421E-06 0.0517 8.2100E-01 8.23799E-07 0.0983 1.0000E+01 6.41407E-07 0.1171 total cell 20 5.40941E-06 0.0439 energy 6.2500E-07 1.83066E-06 0.0832 8.2100E-01 3.45362E-07 0.1502 1.0000E+01 2.54140E-07 0.1824 total 2.43017E-06 0.0698 cell 21 energy 6.2500E-07 1.09689E-06 0.0992 8.2100E-01 2.38839E-07 0.1820 1.0000E+01 1.82180E-07 0.2656 total 1.51791E-06 0.0856 PHỤ LỤC Tính tốn hoạt độ phóng xạ thùng nhơm thiết bị thí nghiệm đo đặc trưng làm chậm khuếch tán neutron môi trường nước Mục tiêu phương pháp Thiết bị dùng để đo đặc trưng làm chậm khuếch tán neutron thùng nhơm chứa nước, bên có đặt nguồn neutron Về ngun tắc an tồn, đường kính thùng nhơm phải thiết kế đủ lớn cho phép tạo lớp nước che chắn cản xạ, đảm bảo thùng nhôm khơng bị kích hoạt neutron suốt q trình sử dụng Tuy nhiên, kích thước thùng nhơm q lớn địi hỏi chi phí chế tạo tốn Một số tính tốn trình bày báo cáo nhắm mục đích kiểm tra thơng số thiết kế dự kiến thực cho thùng nhơm Tính tốn phân bố thơng lượng neutron xum quanh nguồn thực code MCNP5, từ thơng lượng neutron bề mặt thùng nhôm xác định Thùng nhôm giả thiết làm nhôm 6061 Từ giá trị thông lượng xác định bề mặt thành phần hoá học nhơm 6061, hoạt độ phóng xạ nhơm thành phần tạp chất (impurities) cho thời gian sử dụng khoảng năm xác định code ORIGEN2 Sơ đồ thiết kế Hình 1: Sơ đồ thiết kế Thành phần hố học Trong thiết kế, có loại vật liệu sử dụng nhơm 6061 thủy tinh hữu có Nhơm 6061 vật liệu thường sử dụng công nghệ hạt nhân có thành phần hóa học sau: Bảng 1: Các thành phần nhơm 6061 Materials Cu % Cr % Mg % Si % Al % 6061 0.25 0.25 0.6 > 97.7 Impurities Các thành phần tạp chất nhôm 6061 xác định kỹ thuật phân tích kích hoạt, kết phân tích cho Bảng1 Bảng 2: Các thành phần tạp chất nhôm 6061 Sc Cr Fe Co Ni Sample Content Error Content Error Content Error Content Error Content Error (ppm) Al- 0,13 6061 (%) 6,1 (ppm) 3546 Zn (USA) (%) 1,0 (ppm) 0,83 Hf (%) 1,4 (ppm) 3,68 (%) 2,6 (ppm) 53,1 (%) 23,2 Th Content Error Content Error Content Error (ppm) 2435 (%) 1,0 (ppm) 2,61 (%) 4,1 (ppm) 0,35 (%) 28,2 Thơng lượng hoạt độ phóng xạ Phân bố thông lượng môi trường nước xung quanh nguồn neutron có cường độ 107n/s xác định nhờ mơ hình tính tốn dùng MCNP5 Kết tính tốn thơng lượng theo khoảng cách trình bày Hình 1.E+05 Counts 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 1.E+00 10 20 30 40 50 Distance from source r (cm) Hình 2: Thơng lượng theo cách so với nguồn (S) 60 Từ kết tính tốn, thơng lượng neutron bề mặt thùng nhơm có giá trị thấp khoảng 5/cm2.s Cùng với thành phần vật liệu nhôm 6061 cho Bảng Bảng 2, hoạt độ phóng xạ cho khoảng thời gian năm tính tốn ước lượng Kết tính hoạt độ phóng xạ cho 1kg nhôm Bảng Bảng 3: Hoạt độ phóng xạ cho 1kg nhơm Các nhân phóng xạ Hoạt độ NA 4.12E-13 MG 1.97E-12 AL 6.23E-11 CR 3.35E-13 ZN 1.80E-13 TOTAL 6.53E-11 Kết luận Các kết tính tốn cho thấy hoạt độ phóng xạ nhơm tạp chất thấp Trên quan điểm an toàn xạ, với kích thước hình học 1.4m (theo chiều cao) 1.2m theo chiều bán kính, ảnh hưởng kích hoạt neutron nguồn neutron không đáng kể TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh C B BESANT and P J GRANT (1964), Diffusion length of thermal neutrons in water between 24 and 82oC, PRIT J APPL, PHYS., Vol 15 T SUGI and M OHBU (), Manual for the experiment manual on Moderation and Diffusion of neutrons, NuTec, JAERI J Kenneth Shultis and Richard E Faw (2000), An Introduction to the MCNP Code, revised J F Briesmeister (2000), MCNP – A General Purpose Monte Carlo N – Particle Transport Code, Version 4C2, Los Alamos, LA G F Knoll (2000), Radiation Detection and Measurement, third edition, John Wiley & Sons, Inc., New Yord Canberra, Catalogue – Germanium detector, Canberra Industries Inc., 2000 Tiếng Việt Mai Văn Nhơn (2002), Nhập môn vật lý neutron, Trường ĐHKHTN, NXB ĐHQG TPHCM Trương Thị Hồng Loan(2009), Mô Monte Carlo số toán vật lý hạt nhân, Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh Ngơ Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xuân Ân (2005), “Nghiên cứu tăng bề dày lớp germanium bất hoạt detector bán dẫn siêu tinh khiết chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học & Cơng nghệ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, tập 8, số 12, trang 35-43 10.Ngô Quang Huy, Đỗ Quang Bình, Võ Xn Ân (2006), “Mơ phổ gamma phức tạp đo hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe chương trình MCNP”, Tạp chí phát triển Khoa học & Công nghệ, Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, tập 9, số 9, trang 63-70 11.Trương Thị Hồng Loan, Mai Văn Nhơn, Đặng Nguyên Phương, Trần Ái Khanh, Trần Thiện Thanh (2007), “Mô Monte Carlo đường cong hiệu suất đỉnh đầu dò HPGe hệ phổ kế gamma mơi trường sử dụng chương trình MCNP4C2”, Tạp chí phát triển Khoa học &Cơng nghệ, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, tập 10, số 5, trang 33-40 ... chương trình MCNP để tính tốn mơ nhằm nghiên cứu thiết kế Howitzer nước cho nguồn đồng vị 252Cf 241Am- Be, bước đề tài cấp Bộ Viện nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt để xây dựng cấu hình thực nghiệm Howitzer. .. Lạt Luận văn gồm chương: – Chương 1: Tổng quan lý thuyết: giới thiệu Howitzer, nguồn neutron, tương tác neutron với vật chất, chương trình MCNP – Chương 2: Phương pháp mô Monte-Carlo chương trình. .. Howitzer nước cho nguồn 252Cf 241Am- Be, phục phụ cho việc nghiên cứu giảng dạy vật lý hạt nhân nói chung vật lý neutron, vật lý lị phản ứng hạt nhân nói riêng Trung tâm Đào tạo thuộc Viên nghiên cứu